闽教版(2020)八年级信息技术下册 综合活动2 设计校园气象站教案(2课时)

设计校园气象站（综合活动 2）教学内容分析本活动是本学期的第二次综合活动课，让学生组成项目活动小组，了解水分传感 器的工作原理和使用方法，应用已有传感器获取相关的气象数据。通过物联网平台， 发送和接收相关的气象数据。在监测到异常数据时，通过物联网平台发送气象警报。在上节课中，学生初步认识物联网，并设计了温度警报器和智能门禁系统，初步体验了 物联网在现代家居中的应用。本活动结合物联网技术设计智能气象站，教材首先介绍什么是 气象监测站，提出可以在校园里建立气象站，使学生掌握气象观测的一些基本方法，激发学 生学习自然地理的兴趣和热情，了解更多的气象科学知识。常见的校园气象站一般由各种传 感器和自动气象监测仪组成，用于实时监测温度、湿度、风速、风向、雨量、气压等多种气 象数据，还可以通过扩展接口连接计算机等硬件，增强系统的功能。在本活动中，项目小组 经过交流，根据现有器材设计基于物联网的简易校园气象站，用于监测校内局部区域的气象 数据，进一步感受物联网在生活生产中的应用。作为综合活动课，教学时应遵循综合实践课程的要求和方式，采用小组合作学习 的方式进行实践和探究活动。活动时以 48 人为一个活动小组，每个活动小组指派 1 名同学担任组长，负责活动方案的制订和任务的安排，明确小组成员的分工，让每 位成员都能独立完成一项探究任务。在活动过程中，小组成要一起讨论校园气象站建 设方案，合作完成实践活动中的各项任务，进一步增强利用开源硬件和物联网解决现 实生活问题的能力。本活动分为 2 课时。课时 1，在认识气象站资料后进行分组安排，再进行水分传 感器测试的实践探究活动。测试完成后，将蜂鸣器接入扩展板中，根据主控板读取的 水分传感器值，若湿度达到设定值，启动蜂鸣器进行下雨提示。本实验需要使用已封 装好的采用数字接口的蜂鸣器，如果无法像第三课中用鳄鱼夹直接将蜂鸣器连接到 micro：bit 扩展口引脚上，可用 LED 屏幕显示指定图案替代蜂鸣器，或用杜邦线（一 头公一头母）连接蜂鸣器与扩展板接口。课时 2，运用物联网发布气象信息，将水分 传感器、温度传感器和光线传感器测到的气象数据通过物联网模块发送到物联网平台。 这样，不管我们身处何处，都可以知道校园周边的气象情况，进一步理解和掌握物联 网的应用本课活动让学生在项目小组中发挥各自特长，设计有实用价值的校园气象站，引 导学生进一步思考物联网的应用领域，为设计开源硬件创客作品打下坚实的基础。43教学对象分析学生在上一课中已经学会通过物联网模块接入互联网，他们能正确地将物联网模 块接入扩展板，并能通过 Mind编写简单的代码进行联网测试。目前，学生已经会 使用温度传感器等器材收集环境数据，可以用较短的时间认识水分传感器，通过编写 程序获取水分传感器是否接触到水的信息。学生能进一步巩固并结合所学技能，获取 所需数据后，通过物联网进行消息的发送和接收，根据预设任务设计能获取相关环境 信息的智能气象站。通过多年的信息技术学习，八年级的学生具有一定项目合作能力，在综合实践活 动课中，他们能组建活动小组并做好任务分工工作，但是完全由学生自由组合，可能 会较少考虑优势互补、强弱搭配，需要教师的适度参与。活动结束时，学生有上次综 合实践课的经验，能以项目小组为单位进行项目的交流和总结，但需要教师通过过程 性评价引导学生进行项目总结与反思，提出改进意见。通过本课的学习，学生既了解气象知识，又进一步体验 IoT 与开源硬件的有机融 合，能以小团队合作的形式解决问题，提高合作沟通能力和创新意识。教学目标1了解水分传感器的工作原理和使用方法。2了解利用水分传感器及 micro：bit 内置传感器获取气象数据的方法。3 了解基于物联网模块发送和接收气象信息的方法，会根据气象信息发出气象 警报。教学重点和难点1.教学重点。了解水分传感器，结合物联网模块设计校园气象站。2.教学难点。分析气象数据，通过物联网发送气象警报。教学方法1.比较观察法：播放介绍气象站的视频，展示气象站及气象仪器的图片，让学生 初步了解气象站，了解气象信息和气象仪器。展示用开源硬件设计气象题材的视频或 技术帖，展示相关器材，让学生了解水分传感器等传感器相关知识。视频可播放自动气象站探访百年气象站等，技术帖可参考气象站方案 B 计划等，让学生从多个角度了解气象站及气象相关知识，了解智能硬件在气象方面 的应用，进一步感受 IoT 的应用价值。2 演示讲授法：讲述如何用传感器获取气象数据，结合开源硬件通过物联网传 递气象信息。3 任务驱动法；以设计物联网气象站为主题，学生根据任务的具体要求，开展 小组合作的探究性学习，各组成员围绕所选主题，结合自学资料，测试新传感器。4 交流、评价法：在作品设计过程中和设计结束后，让学生充分展示设计思路， 鼓励学生参与评价。教学准备1教学环境：计算机网络教室（可正常联网）、无线 WiFi 环境、转播控制系统。 其中，无线路由器最好使用工业级路由器，以确保多个设备可同时顺利无线联网。2 实验器材准备： micro：bit 、micro ：mate 扩展板、物联网模块、水分传感 器、数据线、烧杯和滴管。教学过程第 1 课时教学环节教师活动学生活动设计意图1播放视频：自动气象站等， 观看视频，思 在上一节课学 让学生对气象站有一定的认识，感受气 考气象信息与智能 习 物 联 网 的 基 础 象仪器在气象观测中的作用，请学生交 硬件的关系。 上，本活动结合气流对气象站的认知。象主题引导学生进情景体验， 2 提出问题 1 ：如果让你设计智 学 生 代 表 发 一步结合物联网设 导人新课 能校园气象站，你会如何设计？ 言，其他学生交流 计开源硬件应用创问题 2：获取气象信息需要哪些器 互动，感受开源硬 客作品。材？指出目前的气象信息需要各种智能 件的神奇魅力。 通过对气象站硬件辅助收集数据。的主题认知，在交3 展示运用物联网技术设的气象 交流、讨论，哪些 流中开拓学生设计 站，引导学生思考：气象站需要收集哪 传感器适用于气象 思路，提升对开源 些信息？需要用到哪些传感器？ 站获取气象信息。 硬件的应用能力。1布置任务：了 解 任 务 内 给学生留有一使用开源硬件和现有传感器，设计 容，分析完成任务 定的创新空间，学 智能校园气象站（指定要有降雨监测和 所需器材及实现方 生可以根据任务说物联网功能）。2任务说明：智能气象站要能监测校园局部区域 布置实践活 的气温、照度、土壤湿度、风向、降雨 动任务 情况等气象数据信息。3任务分析：（1 ）基于物联网模块报送水分传 感器、主控板内置温度传感器获取的气 象数据。（2）对开源硬件进行编程。 （3）根据需求，准备硬件器材。法，开始准备活动 明，自行设计，完 器材。 成相应的任务。1 认识可用于监测是否下雨的传 感器。2阅读教材 P86 的内容，了解水分 传感器的工作原理。提示学生：水分传 感器一般采用模拟端口作为数据传输接 口，应根据扩展板上的接口标识，正确了解新传感器 的应用。为了实现监 测 降雨情况，需要用 水分传感器，先认 识新传感器的不同 种类及其工作原理 和应用。认识水分传 感器地将水分传感器的线缆接入扩展板的端 口（如 PO）。3 测试传感器功能。打开 Mind 编程平台，读取水分传感器数据。为了 便于观察水分传感器的数据测量情况， 开启 Mind串口监视器，使用串口监视 器实时查看水分传感器的值，高效测试 水分传感器的工作状况。4讨论水分传感器的应用。1组建项目学习小组：以 项 目 为 核学生的成长 是（1 ）根据实际情况， 4 8 人组成 心 ， 组 建 项 目 小 多元的，教师应尊一项目小组。（2）讨论推选小组长。组，在初步确定设 重 学 生 的 个 体 差 计方案后，明确小 异，让他们在实践案。（3 ）小组确定智能气象站设计方 组成员任务分工。 活动中能更好发挥在遇到技术问 特长，将项目完成（4 ）根据方案明确小组成员任务 题时，可以选择自 得更好。本活动以分工。学教材，求助同组 4 8 人为一个项目2 编写代码，实现降雨警报功 同学或教师。组 ， 保 证 硬 件 搭能：用 Mind对硬 建、外观设计、多团队合作设 计项目（1 ）教师简单讲解注意事项，提 件进行编程，编写 任务编程等活动的 示学生不可以让水分传感器接口处接触 降雨报警程序，通 有序进行。水。（2）项目小组开始硬件搭建过串口监视器查看在编程过程 ，和分析传感器获取 重视数据来源的获（3 ）在编程平台，通过串口监视 的数据。 器查看水分传感器在不同情况下所获取的数据。（4 ）得到试数据后，估算降雨状态的临界值，编写降雨警报程序。当水分传感器所获取的数值，高于一定的值，即可判定为降雨，此时蜂鸣器响，发出警报，否则蜂鸣器不发声。得，能用串口监视 器分析所获得的数 据，判断传感器是 否检测到降雨。以组为单位展示作品，介绍作品的作品展示，发作品演示是作作品展示与 设计理念，并进行功能演示。在演示过 言、提问。品设计中重要的一交流程中，台下学生可以提出相关问题。环，也是对团队的 考验。1作品还有哪些优化空间？交流。不断地讨论，2 结 合 现 有 条 件 或 不 具 备 的 条总结、思考 件，如何让降雨警报更智能化？3请小组长回收实验器材。询。交流、资料查 活跃学生思维，通 过提出问题促进解整理器材，清 决问题，培养学生点数量。独立思考能力。第 2 课时教学环节教师活动1 展示学生所收集到的物联网与学生活动 观看教师展示设计意图 有意识培养学气象站的资料。的资料，对作品进 生搜索信息能力，2 观看物联网与气象主题结合的 行 评 价 ， 学 习 亮 在交流中多角度提创客作品。点 ， 思 考 不 足 之 升对技术的认知。分享作品， 导入新课3 针对上节课本项目小组所设计 处。 的作品，你想做出哪些改进。以展示优秀作品培 以小组为单位 养学生赏析作品的4 提示：结合上次课所设计的作 进行讨论，提出改 能力和批判思维， 品，本活动应添加的基础功能有：物联 进方案，填写任务 激发学习积极性。器材准备网、温度监测、光照值监测。提示小组长根据本组预设方案，准 备活动所需器材。1 各项目小组根据预设方案，明单 或 设 计 思 维 导 图。分工合作，准 备实验器材。根 据 预 定 任让不同小组有 不同的收获。让学生在实践确各自分工。务，进行小组合作 中学会合作、学会任 务 驱2 提示有困难的小组，可以根据 实践操作。思考，能通过多种动，实践探 教材 P9192 的内容，解决问题。按顺在实践过程中 途径解决遇到的问究序完成以下任务：（1）接入物联网模块。遇到的问题，可以 题，在设计新作品 通过自学教材、求 中巩固已有知识技（2 ）通过编程平台写入代码，测 助伙伴、咨询教师 能。试开源硬件是否能正常联网。 （3 ）通过物联网平台发送指定信息到开源硬件。等途径进行解决。（4 ）主控板根据接收到的信息进 行分析，并发送相应的信息到物联网平 台。（5 ）确认物联网平台是否收到信 息，排查设计过程中遇到的问题。3 巡视，解决项目小组在设计方 案时遇到的问题，进行个别辅导。1提示学生整理硬件器材。作 品 展 示 ，作品演示是作2指导学生填写活动记录表。发 言 、 提 问 、 演 品设计中重要的一作品展示与3 请组长组织反思总结活动中得 示 ， 小 组 进 行 简环，项目小组可以交流到的经验、存在的不足及改进方向。 4 组 织 学 生 以 组 为 单 位 展 示 作品，介绍作品的设计理念，并进行功能 演示。在演示过程中，台下学生可以提 出相关问题。1 总结：在本次项目活动中，各要总结。学 生 代 表 发想办法更好地展示 自己作品，例如结 合思维导图或一定 的情境化展示等。与教师一起总小组针对任务分工，思考有哪些做得好 言，共同总结。 或需要改进的地方。结 所 学 知 识 和 技 能，深入思考物联总结2 提示：课后，有条件的项目组 可以增加其他传感器，结合 micro：bit 设计出所需的功能。3完成教材 P96 的活动评价。积极参与。 网和开源硬件结合 的可能性。鼓励学 生结合所学知识课完成活动评价。 外继续制作创客作 品。教学反思方向1 是否能用开源硬件实时监测温度、水分等数据，了解开源硬件在气象活动中 的实际应用。2是否了解物联网发送和接收信息的方法，能用简单的代码进行联网测试。 3小组成员的任务分工是否合理，是否能较好地完成小组分工协作。4如何让更多的学生深度参与对项目的评价、反思、总结。5 评价时，是否重视活动过程、作品展示，是否尊重学生的活动评价，充分肯 定生的思考能力、作品成果、参与积极性，引导学生乐于总结和反思，愿意用所学技 术解决生活中的实际问题。